Fadenspannvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fadenspannvorrichtung und auf eine Verwendung derselben zur Spannung eines Fadens zu Armierungszwecken. Sie kann insbesondere angewendet werden, um einen Strang, Faden, Vorgarn oder Faserband usw. - nachstehend generell mit Faden bezeichnet - beim Aufwickel-Konstruktions-Verfahren eine Spannung zu erteilen.
Beim bekannten Strang- oder Fadenwickel-Verfahren zur Herstellung von verstärkten Kunststoffgegenständen aus Glasfasern besteht die allgemein gebräuchliche Methode darin, Glasfäden mit einem Kunstharz zu tränken, sie dann kontinuierlich auf einen Kern von gewünschter Form aufzuwickeln und dann das Kunstharz zu härten. Die Fäden müssen gespannt sein, wenn sie auf dem Kern aufgewunden werden, und das Aufrechterhalten der Spannung innert vorbestimmter Grenzen ist für die Erzielung einer hohen Festigkeit des Erzeugnisses von grosser Bedeutung. Es stehen komplizierte und teure Spannungsvorrichtungen im Gebrauch. Sie sind insofern nützlich, als sie die gestellte Aufgabe erfüllen können. Anderseits kennt der Fachmann sehr wohl ihre Mängel hinsichtlich der Kompliziertheit, der Kosten und in gewissen Fällen auch der schädlichen Einwirkung auf das gespannte Fadenmaterial.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines zuverlässigen Verfahrens zum Spannen von Fadenmaterial bei dessen Aufwicklung auf einen Kern, das nicht über Gebühr kompliziert und mit verhältnismässig niedrigen Kosten durchführbar ist.
Gemäss der Erfindung zeichnet sich die Fadenspannvorrichtung aus durch ein Gleitgefäss zur Aufnahme einer Flüssigkeit, durch Haltemittel für dasselbe, durch Mittel zur Führung eines Fadens auf einer Bahn durch das Gleitgefäss hindurch, derart, dass der Faden mit der im Gleitgefäss vorhandenen Flüssigkeit getränkt wird, ferner durch Gleitflächen in diesem Gleitgefäss, die sich in der genannten Flüssigkeit befinden und dazu bestimmt sind, mit der in dem durch das Gleitgefäss durchlaufenden Faden aufgenommenen Flüssigkeit in gleitende Berührung zu treten, um dem Faden eine Spannung zu verleihen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.
In der Zeichnung sind:
Fig. 1 eine perspektivische, zum Teil weggebrochene Darstellung einer Sp annungsreguliervorrich- tung gemäss der Erfindung,
Fig. 2 ein Teilschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 ein Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, und
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung.
Das dargestellte Beispiel weist ein Gehäuse 10 mit einer Flüssigkeit 12 wie Glyzerin auf, in welcher Flüssigkeit ein Gleitgefäss 14 schwimmt. Ein Verankerungsdraht 16 ist einerseits am Gleitgefäss und andrerseits an einem Pfosten 19 befestigt, welcher in bezug auf das Gehäuse 10 fest angeordnet ist. Der Draht 16 enthält einen gefederten Spannungsanzeiger 18, so dass er sich verlängern bzw. verkürzen kann, wenn das Gleitgefäss sich innerhalb des Gehäuses verschiebt, wie nachstehend erläutert.
Das Gleitgefäss ist zur Aufnahme einer Kunstharzflüssigkeit 30 bestimmt. Beim Betrieb wird ein Faden 28 aus Glasfasern o. dgl. von einem Vorrat durch das Gleitgefäss hindurch zu einer hier als Wikkelkern dienenden Spindel gezogen, und zu diesem Zweck sind Führungsmittel vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Öhr 20 und aus Nuten in den Stäben 22, 24 und 26 bestehen und den Faden beim Durchlauf durch das Gleitgefäss führen.
Wenn der Faden durch das Gleitgefäss läuft, wird er mit dem Kunstharz getränkt, wie dies beim Strang- wickelkonstruktionsverfahren gebräuchlich ist.
Gleichzeitig wird er ebenfalls in Übereinstimmung mit den Erfordernissen des Wickelkonstruktionsverfahrens gespannt, wie nachstehend beschrieben wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Spannung dem Faden 28 mittels einander zugekehrter Gleitflächen bzw. Gleitwände 32 und 34 erteilt.
Es ist zu beachten, dass die erwähnten Führungsmittel den Faden zwischen die Gleitwände 32 und 34 leiten. Die Vorschubgeschwindigkeit des Fadens 28 wird so bemessen, dass bei dessen Durchlauf durch das Harzbad 30 eine gewisse Menge des Kunstharzes vom Faden aufgenommen wird. Das im Faden befindliche Harz gelangt in gleitende Berührung mit den Gleitflächen 32 und 34, wodurch der Durchlauf des Fadens gebremst und diesem eine Spannung erteilt wird.
In der Zeichnung ist nur ein Faden dargestellt, welcher auf einer Mehrzahl einzelner Fasern besteht.
Es ist indessen zu beachten, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung gleichzeitig sechs Fäden durch das Gleitgefäss gezogen werden können.
Bei einer gegebenen Durchlaufgeschwindigkeit eines Fadens 28 durch das Gleitgefäss ist die Grösse der dem Faden erteilten Spannung eine Funktion der Nähe des Fadens an den Gleitflächen 32 und 34.
Läuft der Faden 28 relativ tief zwischen den divergierenden Gleitflächen 32 und 34 und daher nahe an diesen Wänden vorbei, ergibt sich ein relativ hoher Durchlaufwiderstand und damit eine relativ hohe Fadenspannung.
Wenn andererseits der Faden relativ hoch zwischen den divergierenden Gleitwänden durchläuft, hat er von diesen einen grösseren Abstand, und die vom Faden aufgenommene Flüssigkeit erzeugt eine nur kleinere Reibung an den Gleitwänden. Infolgedessen wird die Spannung des Fadens kleiner.
Es ist ersichtlich, dass die Fadenspannug durch Heben oder Senken des Fadens zwischen den divergierenden Gleitflächen 32 und 34 variiert werden kann.
Wie oben erwähnt, besteht eine wichtige Aufgabe der Vorrichtung in der Regulierung der Spannung des Fadens 28, wenn die Zugkraft an demselben ändert.
Wenn z. B. die Geschwindigkeit und damit der Zug grösser wird mit einer daraus resultierenden Tendenz zur Vergrösserung der Spannung am Faden 28 infolge der grösseren Reibung zwischen dem aufgenommenen Harz und den Gleitflächen, bewirkt die beschriebene Vorrichtung eine Verminderung der Fadenspannung. Diese Spannungsregulierung wird durch Variierung der Gleitberührung zwischen den Flächen 32 und 34 und dem vom Faden aufgenommenen Harz erzielt.
Es ist zu beachten, dass die Führungstange 22 von einer drehbaren Welle 36 getragen wird, derart, dass eine Drehung der Welle 36 eine Änderung der Höhenlage der Führungstange innerhalb des Harzbades 30 zur Folge hat. Es ist ebenfalls zu beachten, dass es die örtliche Lage der Führungsstange 22 ist, welche die Höhe des Fadens 28 zwischen den Gleitflächen 32 und 34 steuert. Wenn z. B. die Führungsstange 22 im Uhrzeigersinn (Fig. 3) bewegt wird, wird der Faden 28 zwischen den Gleitflächen angehoben.
Ein Einstellhebel 38 erstreckt sich von der Welle 36 durch eine Öffnung 40 im Deckel des Gehäuses 14 aufwärts. Eine Einstellplatte 42, die durch den Deckel gehalten ist, bildet einen Schwenkpunkt für den Hebel 38, wenn das Gleitgefäss 10 sich während des Betriebes in der Flüssigkeit 12 verschiebt.
Die Lage der Platte 42 des Gehäusedeckels kann in Längsrichtung zum Faden mittels der Schrauben 44 eingestellt werden.
Es ist ersichtlich, dass wenn das Gleitgefäss 10 in Laufrichtung des Fadens 28 vorgeschoben wird, die Führungsstange 22 sich im Uhrzeigersinn und aufwärts bewegen wird, da der Hebel 38 um den Drehpunkt der Platte 42 schwenkt. Umgekehrt wird sich die Führungsstange 22 im Gegenuhrzeigersinn und abwärts bewegen, wenn das Gleitgefäss sich im Gehäuse rückwärts bewegt, da der Hebel 38 sich wiederum im Drehpunkt der Platte 42 dreht.
Die Federvorrichtung 18, welche dem Gleitgefäss ermöglicht, sich bei wechselnder Zugkraft am Faden zu bewegen, die Länge des Hebels 38 bis zu seinem Schwenkpunkt, der von der Führungsstange 22 beschriebene Bogen und die örtliche Lage des Schwenkpunktes an der Platte 42 sind alle so bemessen, dass die Durchlaufbahn des Fadens zwischen den Gleitflächen 32 und 34 in der Weise gehoben oder gesenkt wird, dass die dem Faden mitgeteilte Spannung bei Änderungen des Zuges am Faden im wesentlichen konstant bleibt.
Es besteht die Aufgabe, die Spannung eines Glasfaserfadens zu regulieren, anzuzeigen und zu prüfen, wenn dieser auf die Spindel aufgewunden wird. Während des Wickelvorganges verändert sich die Geschwindigkeit und damit die Zugkraft am Faden, wenn der Durchmesser der Spindel, auf die er aufgewickelt wird, ändert. Diese Änderungen der Zugkraft ergeben die Notwendigkeit, die Spannung des Fadens auf einen im wesentlichen konstanten Wert zu regeln, wenn die Vorschubgeschwindigkeit ändert.
Bei der Herstellung verstärkter Kunststoffgegenstände mittels des Strangwickelkonstruktionsverfahrens muss der Faden vor seiner Aufwindung mit einem Kunstharz getränkt werden, das nachher gehärtet wird. Vorliegende Erfindung bezieht sich, wie oben erwähnt, auf das Einbringen des Kunstharzes und benützt das vom Faden aufgenommene Harz, um dem Faden eine Spannung zu erteilen.
Beim Betrieb wird die Lage der Platte 42 am Deckel des Gehäuses so eingestellt, dass sie die Führungsstange 22 in einer geeigneten Höhe zwischen den Gleitflächen 32 und 34 hält, um die gewünschte Wickelspannung zu erzielen.
Diese Spannung kann durch Ablesen des Spannungsanzeigers 18 im Ankerdraht 16 festgestellt wer den, und in diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass es unnötig ist, die Wickelspannung durch Einschränkung oder Unterbrechung des Durchlaufes des Fadens 28 zu messen.
Der Faden wird dann von dem Vorrat durch die oben beschriebenen Führungsmittel der Vorrichtung zur Spindel geführt und läuft durch das Harzbad 30, wobei das Kunstharz vom Faden aufgenommen wird.
Das aufgenommene Harz besitzt eine gewisse Viskosität, so dass es an den Gleitflächen 32 und 34 einen Reibungswiderstand erzeugt, um dem Faden eine Spannung zu erteilen, wenn dieser auf die Spindel aufgewickelt wird.
Es ist ersichtlich, dass die erteilte Spannung in einem gewissen Ausmass eine Funktion der Viskosität des Kunstharzes ist. Es wurde gefunden, dass eine Viskosität zwischen 2,5 und 200 Poises bei 250 Centigrad geeignet ist. Harze von einer höheren Viskosität bei Zimmertemperatur können verwendet werden, wenn man sie erhitzt um die Viskosität herabzusetzen, und hier ist es nun möglich, das Harzbad durch Erwärmen der Flüssigkeit 12 aufzuheizen, in welcher das Gleitgefäss 14 schwimmt.
Angenommen, dass die Platte 42 so eingestellt ist, dass sie die Führungsstange 22 in einer solchen Höhe zwischen den Flächen 32 und 34 hält, um dem Faden 28 die gewünschte Spannung zu erteilen, wenn er auf die Spindel aufgewickelt wird; der Faden wird dann in der erläuterten Weise durchgetränkt und gespannt, wobei die Spannung direkt am Federspannungsanzeiger 18 abgelesen werden kann.
Wenn der Durchmesser der Spindel wächst, nimmt die Durchlaufgeschwindigkeit des Fadens zu.
Dadurch wird zunächst die Spannung des Fadens vergrössert, was aber zur Folge hat, dass das Gleitgefäss entgegen der Kraft der Feder 18 vorwärts gezogen wird. Wenn aber das Gefäss vorwärts gezogen wird, bewegt sich die Führungsstange 22 infolge der Wirkung des Steuerhebels 38 an der Stützplatte 42, die am Gehäuse fest ist, im Uhrzeigersinn und zugleich nach oben.
Diese Bewegung der Führungsstange 22 hebt den Faden 28 um eine vorbestimmte Strecke innerhalb der Flächen 32 und 34, wodurch die Spannung des durchlaufenden Fadens auf den vorbestimmten und ursprünglichen Wert reduziert wird. Die Gleitflächen, die Verschiebung des Gleitgefässes und die Verschiebung der Führungsstange 22 sind so bemessen, dass die Spannung des Fadens bei Änderungen der Zugkraft am Faden im wesentlichen konstant bleibt. So ist die Aufwärtsbewegung der Führungsstange 22 geeignet, den Faden 28 zwischen den Gleitflächen genügend anzuheben, um die Gleitberührung zwischen der aufgenommenen Flüssigkeit und den Gleitflächen in Beantwortung einer Zunahme der Zugkraft infolge einer Geschwindigkeitszunahme zu vergrössern. wodurch die Spannung konstant gehalten wird.
Mit dieser Vorrichtung wurden Spannungen innerhalb 1/2 Kp für Drehzahlvariationen des Aufwickelkerns von 50-100 U/m erfolgreich gesteuert.
Das Umgekehrte tritt ein, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Fadens 28 abnimmt. In diesem Augenblick zieht die Spannkraft des Federspannungsanzeigers 18 das Gleitgefäss 10 nach rückwärts, um die Führungsstange 22 zwischen den Gleitflächen 32 und 34 zu senken und die Spannung am Faden 28 zu vergrössern, bis die Spannung wieder den vorbestimmten Wert erreicht hat.
Die Ausführung der Gleitflächen kann natürlich auch variiert werden. Die zwischen den Gleitflächen und dem im Faden aufgenommenen Harz erzeugte Reibung dient als ein Mittel zur Erzeugung einer Spannung für den Faden und als Mittel zur Veränderung der Gleitberührung zwecks Spannungsregulierung.
Es ist wichtig, dass keine wesentlichen Änderungen in der Laufrichtung des Fadendurchlaufes durch die Spannungsvorrichtung auftreten. Anderungen dieser Richtung nach dem Benetzen des unter Spannung stehenden Fadens können bis zu einem Maximum von 5 betragen, bis er dem Kern zugeführt wird. Dies ist wichtig, um eine Beschädigung des Glasfadens zu vermeiden.
Die beschriebene Vorrichtung kann in verschiedener Weise variiert werden. Die dargestellte Ausführungsform hat beispielsweise divergierende Gleitflächen, die einen Winkel von etwa 3 einschliessen und eine Länge von etwa 60 cm haben. Das Gleitgefäss ist etwa 35 cm breit, etwa 80 cm lang und etwa 12cm tief. Die Vorrichtung funktioniert zufriedenstellend unter Benützung eines Standard-Epoxy-Harzes und eines Härtungsmittels im Gleitgefäss und bei einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 3 und 90 m pro Minute, um die gewünschte Grösse der Fadenspannung (0,025-0,375 Kp pro Faden) zu erzielen.